ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Шесть чудес света из "Жидкие кристаллы" Излучение света происходит, например, при быстром периодическом изменении расстояния между разноименными зарядами (рис. 8). Далее распростране ние света, рассматриваемое обычно как прохождение электромагнитных волн, можно представить себе следующим образом. Вблизи от зарядов с периодом, равным периоду колебаний зарядов, изменяется электрическое поле Е. Поле Е создает периодически меняющееся магнитное поле Н, последнее порождает, уже на большем расстоянии от зарядов, переменное электрическое поле и т. д. Возникновение электрического поля при изменении магнитного поля — знакомое явление электромаг-нитной индукции, благодаря которому турбины электростанций вырабатывают электрический ток. При этом явлении вихреобразное поле Е образует с полем Н левый винт (рис. 13, а). При родственном явлении — порождении вихреобразного поля Н при нарастании поля Е — векторы Е и Н образуют правый винт (рис. 13, б). [c.23] Поперечная поляризация. Электромагнитная волна обладает важным свойством поперечности, т. е. в ней векторы Е и И колеблются перпендикулярно направлению распространения волны. Хочется немедленно привести аналогию. Вспомним красочный праздник открытия Олимпийских игр в Москве, когда спортсменки поднимали и опускали перед собой яркие обручи, стоя плечом к плечу в длинной цепочке. Каждая из них проделывала это с небольшим запаздыванием относительно своей соседки. В результате мы видели, как по цепочке бежит красивая поперечная волна. [c.24] 8 показывает, что в любом направлении, перпендикулярном диполю, поле ориентировано вдоль оси диполя. Значит, поле Е перпендикулярно направлению распространения волны. Соответственно вектор Н ориен-ткрован в волне так, как показано на рис. 15. [c.25] Частота изменений электрического и магнитного полей в волне равна частоте колебаний диполя. Колебания полей бегут от диполя с конечной скоростью — скоростью света с=300 ООО км/с и достигают точки наблюдения тем позднее, чем дальше она находится. Расстояние, которое проходит волна за один период колебания зарядов Т, составляет длину волны Я=сГ (рис. 15). Скорость света в вакууме не зависит от длины волны и частоты — это универсальная постоянная (мировая константа). [c.25] Поскольку основное физиологическое воздействие (на сетчатку глаза) оказывает именно электрическое поле, то в дальнейшем, говоря о свете, мы будем иметь в виду колебания вектора Е в электромагнитной волне. Наши глаза воспринимают волны различной частоты по-разному. Скажем, свет с частотой 4-10 колебаний в секунду мы ощущаем как красный, а с частотой 8-101 колебаний в секунду — как фиолетовый. В промежутке располагается вся шкала известных нам цветов. [c.25] Фактически до сих пор мы говорили о распространении света в пустом пространстве — вакууме. А как световые волны проходят через среду, состоящую из атомов и молекул Электрическое поле проходящей волны порождает в атомах и молекулах периодически изменяющиеся диполи. Но такие дипольные колебания, в свою очередь, приводят к излучению световой волны. Это означает, что в среде на самом деле распространяются как первичная волна, так и волны, излучаемые атомами и молекулами под действием поля первичной волны. [c.26] При очень большом числе цепочек, по которым сигналы подаются в самые разные, но вполне определенные моменты времени, наблюдатель скорее всего вообще ни разу не сдвинет обруч с места. Это произойдет потому, что среди множества сигналов, поступивших по цепочкам в любой момент времени, для каждой команды поднять почти наверняка найдется команда опустить на ту же высоту. Такие сигналы гасят друг друга, и поэтому наблюдатель никак не реагирует. И только подобрав цепочки по длине и моментам подачи сигналов специальным образом, мы можем добиться, чтобы команды поднять и опустить приходили по всем цепочкам одновременно. Тогда нашей спортсменке не позавидуешь она должна поднимать свой обруч на громадную высоту, если таких цепочек очень большое число. [c.27] Эти примеры относятся к явлению интерференции. Как известно, интерференцией называют наложение волн, приводящее к установлению в каждой точке пространства постоянной амплитуды поля. Интерферировать могут и две волны — это простейший случай. Устойчивая, не меняющаяся во времени интерференционная картина получается только тогда, когда источники волн имеют одинаковую частоту, а фазы их колебаний не зависят от времени. Такие источники и волны называются когерентными. [c.27] В среде происходит интерференция первичной и всех вторичных электромагнитных волн, и соответствующую интерференционную картину должен видеть наблюдатель. Из многих опытов мы знаем, что луч света, который падает из воздуха на гладкую поверхность прозрачного тела, имеющего относительно большую плотность, испытывает преломление и отражение на границе двух сред. Сквозь тело проходит преломленный луч, а в воздухе, кроме падающего, имеется еще и отраженный луч. При этом направления всех трех лучей различны, если падающий луч не совпадает по направлению с нормалью к поверхности тела. Образование преломленного и отраженного лучей — результат интерференции первичных и вторичных волн. [c.27] Существование преломленного луча означает, что в результате интерференции зависимость полного ноля Е от координат изменилась. Такое перераспределение электромагнитного поля фактически соответствует тому, что скорость света в среде и отличается от скорости света в вакууме с. Нужно подчеркнуть, что речь идет о скорости именно преломленного света, а не о скорости распространения колебаний от отдельного вторичного излучателя последняя по-прежнему равна величине с. Это очень важное обстоятельство. Ясно, что, чем плотнее вещество, т. е. чем больше вторичных излучателей, тем сильнее эффекты интерференции. Следовательно, скорость света и преломление лучей должны зависеть от материала, причем в плотной среде лучи должны преломляться сильнее, чем в разреженной. [c.28] Это и есть закон преломления света, ап — показатель преломления света в стекле. [c.29] Чем плотнее среда, тем меньше скорость света V и, значит, тем больше показатель преломления лучей п. [c.29] Воздух тоже преломляет свет, хотя и слабо показатель преломления воздуха близок к единице. Солнечные лучи, проходя через земную атмосферу, заметно искривляются в нижних (более плотных) слоях воздуха. В результате мы видим Солнце еще до того, как оно на самом деле взойдет над горизонтом (рис. 17, а). Прекрасны картины холодной и теплой поверхности моря, когда нижние слои воздуха оказываются более плотными (рис. 17, б) или менее плотными (рис. 17, в), чем верхние. Холодное море отодвигает горизонт и кажется огромной чашей, в которой плавают суда, при обычных условиях находящиеся вне поля нашего зрения. Напротив, теплое море сильно приближает горизонт, и кажется, что кривизна Земли увеличилась. [c.29] Все знают, насколько полезны линзы благодаря их способности собирать лучи света в одну точку. Это тоже пример преломления света, только на искривленной поверхности. Подобрав подходящую форму стеклянной поверхности, можно собирать параллельные лучи в одной точке—фокусе, расположенной на оси линзы (рис. 18). Герой романа Ж. Верна Таинственный остров смастерил линзу из стекол часов, налив между ними воду и склеив их. [c.29] ЛУЧИ света в виде ярких полос, которые движутся вместе с волнами (рис. 19). Полосы по краям окрашены, причем ближний к Солнцу край — голубой, а дальний — красный Зто тоже следствие более сильного преломления голубых лучей ). Подобную радужную окраску изображения дают и обычные линзы, однако в технике от нее стараются избавиться с помощью специальных оптических устройств. [c.31] Отражение света — другое проявление интерференции вторичных волн. Луч света, отраженный от поверхности стекла, формируется всеми вторичными волнами, излученными атомами и молекулами стекла. Фактически мы опять имеем дело с изменением зависимости полного поля Е от координат, но теперь — вне тела. Скорость света при этом не изменяется. В этом случае для иллюстрации пригоден рисунок типа 16, но теперь и=с и =1, так как падающий и отраженный лучи находятся в вакууме. Поэтому углы 00 и 0 могут быть связаны только соотношением 0=180°—00 (рис. 20), поскольку 81п0о= =51п(180°—0 ). Это и есть известный закон — угол падения равен углу отражения . [c.31] В этом случае вторичные волны приходят в точку наблюдения в фазе, и их амплитуды складываются. Иногда для сведения волн в одну точку надо использовать собирающую линзу. [c.33] Обычно размер области а много больше длины волны Я, и, значит, угол р должен быть мал. Таким образом, интенсивность отклоненного луча особенно велика при малых углах отклонения. Вот почему так красивы силуэты прохожих и деревьев, освещенных фарами далекого автомобиля. То же можно сказать о наблюдении тысяч мельчайших царапин на оконном стекле, которые кажутся концентрически расположенными вокруг яркого источника света. В последнем случае глаз видит только такие препятствия — царапины, размеры и расположение которых удовлетворяют полученному условию. При этом царапины на окружности с центром, лежащим на оси пучка света от далекого источника, находятся в совер-ше.чно одинаковых условиях. [c.33] Если препятствий малых размеров много и все они одинаковы и расположены на одном и том же расстоянии друг от друга, то мы получаем прекрасный оптический прибор — дифракционную решетку. Часто такая решетка представляет собой ряд параллельных узких щелей, разделенных непрозрачными полосками. Суммарная ширина й прозрачной щели и непрозрачного промежутка называется периодом дифракционной решетки (рис. 21,6). [c.33] Вернуться к основной статье